Séminaire - 05/05/22 - Benjamin Grevin - Nouveaux modes de microscopie à sonde de Kelvin
Invitation : Laurent Nony (Département PHANO, Equipe Nano).
Diffusion : IM2NP, CINaM, Irphe, LP3, Madirel (via P. Boulet), PIIM (via T. Angot), CPT (T. Martin), Fédération de Chimie (via S. Viel), CP2M
SEMINAIRE Jeudi 05 mai 2022 à 14h00
Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, 1er étage Bâtiment Poincaré
Benjamin GREVIN
UMR5819 SYMMES CEA-CNRS-UGA CEA-IRIG/SYMMES
17 rue des Martyrs 38054 Grenoble Cedex 9
Nouveaux modes de microscopie à sonde de Kelvin
Depuis son introduction au début des années 1990, la microscopie à sonde de Kelvin a été déclinée sous une multitude de variantes différentes : KPFM en modulation d’amplitude, en modulation de fréquence, en détection via les bandes latérales, KPFM double harmonique…Il faut ici souligner que de nombreux développements très remarquables ont été menés par la communauté des microscopistes travaillant avec des systèmes expérimentaux opérant en milieu ambiant. C’est par exemple le cas des modes électrostatiques résolus en temps.
Dans ce séminaire, je montrerai que ces modes peuvent aussi beaucoup apporter au nc-AFM/KPFM sous ultra-vide. Particulièrement, je présenterai les travaux que nous avons menés pour implanter une version de la microscopie KPFM en mode pompe-sonde combinée au nc-AFM. Le principe de base du pp-KPFM [1] consiste à restreindre l’application de la tension de modulation servant à détecter les forces électrostatiques à une fenêtre temporelle donnée (la sonde). Le potentiel de compensation est mesuré en fonction du décalage temporel entre un signal de pompe et cette sonde, ceci permet d’accéder à la dynamique du potentiel de surface avec une résolution temporelle définie par la durée de la sonde. Les solutions techniques utilisées pour mener à bien ce développement seront présentées : choix du mode hétérodyne-KPFM pour la boucle résolue en temps, utilisation combinée de deux boucles KPFM indépendantes pour éviter les artefacts topographiques, acquisition en mode cube de données pour la réalisation d’images résolues en temps. Les performances de la technique seront illustrées aux travers de deux études [2] de la dynamique du photo-potentiel de surface sur des échantillons de référence pour le photovoltaïque inorganique et organique.
Dans un cadre plus général, je montrerai également en quoi le mode hétérodyne KPFM peut présenter des avantages par rapport au mode de détection via les bandes latérales. Enfin, je présenterai un dernier développement qui vise à s’affranchir des artefacts sur la mesure de hauteur en nc-AFM/KPFM liés aux variations du gradient capacitif. Ce mode spectroscopique permet d’appliquer en chaque pixel la tension de compensation tout en annulant la composante modulée du potentiel. Les avantages et inconvénients de cette approche par rapport à d’autres alternatives proposées dans la littérature [3] seront évoqués.
[1] J. Murawski et al. J. Appl. Phys. 2015, 118, 154302
[2] V. Aubriet et al. Nanotechnology 2020, 33, 225401
[3] C. Ritz, T. Wagner and A. Stemmer Beilstein J. Nanotechnol. 2020, 11, 911–921.
